控制系统分析与设计 过程控制系统PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1过程控制系统的组成和分类 1

1.1.1过程控制系统的组成 1

1.1.2过程控制系统的分类 4

1.2过程控制系统的特点 6

1.3过程控制系统的发展简况 7

1.4过程控制系统的控制质量指标 8

本章小结 10

思考题与习题 11

第2章 过程参数的检测及控制仪表 12

2.1测量的概念和测量方法 12

2.2测量误差与仪表的精度等级 13

2.2.1测量误差的分类 13

2.2.2仪表的基本误差、精度等级及分度标准 14

2.2.3检测仪表的组成及分类 16

2.3温度测量仪表 17

2.3.1温度的概念 17

2.3.2工业常用接触式测温仪表 20

2.3.3非接触式测温仪表 25

2.3.4电动显示仪表 26

2.3.5温度仪表的工程应用与选型原则 32

2.4压力、压差和物位测量 33

2.4.1压力、压差测量 33

2.4.2物位测量 36

2.5流量测量仪表 40

2.5.1概述 40

2.5.2差压式流量计 42

2.5.3容积式流量计 45

2.5.4涡轮流量计 46

2.5.5涡街流量计 47

2.5.6靶式流量计 49

2.5.7转子流量计 50

2.5.8电磁流量计 50

2.5.9超声流量计 51

2.6成分分析仪表 52

2.6.1氧化锆氧分析仪 53

2.6.2红外线气体分析器 55

2.7过程控制仪表 58

2.7.1概述 58

2.7.2过程控制仪表的常见应用问题 59

本章小结 62

思考题与习题 62

第3章 被控过程的数学模型 64

3.1概述 64

3.1.1单变量与多变量的被控过程 64

3.1.2自衡过程和无自衡过程 66

3.1.3被控过程数学模型的表示方法 67

3.2被控过程的机理建模 68

3.2.1建立自衡过程的数学模型 68

3.2.2建立无自衡过程的数学模型 73

3.3被控过程的实验建模 75

3.3.1测取阶跃响应曲线 75

3.3.2测取矩形脉冲响应曲线 75

3.3.3由阶跃响应曲线辨识被控过程的模型 76

3.4基于神经网络的数据建模 81

3.4.1人工神经元和人工神经网络 81

3.4.2典型神经网络 83

3.4.3基于RBF神经网络的数据建模方法 86

3.5数据与机理相结合的建模方法 88

本章小结 90

思考题与习题 90

第4章 常规控制系统 92

4.1单回路控制系统 92

4.1.1概述 92

4.1.2被控参数与控制参数的选择原则 94

4.1.3调节阀（执行器）的选择 100

4.1.4控制器的选择 106

4.1.5控制器的参数整定 112

4.2串级控制系统 118

4.2.1概述 118

4.2.2串级控制系统的特点 121

4.2.3串级控制系统的设计 126

4.2.4串级控制系统的应用 130

4.2.5串级控制系统控制器参数的整定 133

4.3前馈控制系统 136

4.3.1概述 136

4.3.2前馈控制系统的结构形式 139

4.3.3前馈控制系统的设计与参数整定 146

4.3.4前馈控制系统的应用 150

4.4比值控制系统 155

4.4.1概述 155

4.4.2比值控制方案 156

4.4.3比值控制系统的设计 158

4.4.4比值控制系统的方案及参数整定 161

4.5工程应用实例 165

4.5.1单回路控制系统应用实例 165

4.5.2串级控制系统实例分析 166

4.5.3前馈控制系统应用举例 168

4.5.4比值控制系统应用举例 170

本章小结 170

思考题与习题 171

第5章 多变量过程控制系统 174

5.1概述 174

5.1.1系统的耦合与解耦 174

5.1.2多变量系统中普遍存在的耦合现象 177

5.2相对增益 179

5.3解耦设计方法 183

5.3.1对角矩阵解耦法 183

5.3.2单位矩阵解耦法 184

5.3.3前馈补偿解耦法 185

5.3.4具有纯滞后耦合对象的解耦方法 186

5.3.5具有大滞后耦合对象的解耦方法 188

5.4解耦控制系统在实现过程中存在的问题 190

5.4.1解耦控制系统的稳定性问题 190

5.4.2解耦网络模型的简化 191

本章小结 192

思考题与习题 192

第6章 推理控制 194

6.1概述 194

6.2推理控制系统 195

6.2.1问题的提出 195

6.2.2推理控制系统的组成 196

6.2.3推理控制器的设计 199

6.2.4推理-反馈控制系统 201

6.3模型误差对系统性能的影响 202

6.3.1扰动通道模型误差的影响 202

6.3.2控制通道模型误差的影响 203

6.4输出可测条件下的推理控制 205

6.4.1系统构成 206

6.4.2模型误差对系统性能的影响 207

6.5多变量推理控制系统 207

6.5.1多变量推理控制系统的基本结构 207

6.5.2多变量推理控制器的V规范型结构 209

6.5.3带时间滞后多变量系统的V规范型推理控制器设计 210

6.5.4滤波矩阵的选择 219

6.6推理控制系统应用实例 221

6.6.1精馏塔塔顶丁烷浓度的推理控制 221

6.6.2脱木素反应的推理控制 223

本章小结 226

思考题与习题 227

第7章 预测控制 228

7.1概述 228

7.2预测控制的基本原理 229

7.3模型算法控制 231

7.3.1预测模型 231

7.3.2模型校正 232

7.3.3参考轨迹 233

7.3.4滚动优化 234

7.4动态矩阵控制的基本原理 235

7.4.1预测模型 235

7.4.2反馈校正 236

7.4.3滚动优化 236

7.4.4动态矩阵控制的基本算法 237

7.4.5动态矩阵控制的性能分析 244

7.5广义预测控制的基本原理 247

7.5.1预测模型 247

7.5.2预测模型参数的求取 248

7.5.3滚动优化 250

7.5.4反馈校正 253

7.5.5广义预测控制的稳定性 254

7.6面向实际应用中的预测控制 255

7.6.1前馈-反馈预测控制 255

7.6.2串级预测控制 258

本章小结 259

思考题与习题 259

第8章 过程优化 260

8.1概述 260

8.1.1基本概念 260

8.1.2过程优化的主要工作 261

8.2过程优化模型 262

8.2.1目标函数 262

8.2.2决策变量 264

8.2.3约束条件 264

8.2.4过程优化模型的建立 266

8.3过程优化模型的求解 269

8.3.1优化算法的选择 269

8.3.2遗传算法 270

8.3.3过程优化控制的结构 274

8.4大工业过程稳态优化 274

8.4.1大工业过程稳态优化问题的引入 274

8.4.2大工业过程稳态优化问题的数学描述 277

8.4.3三种基本协调方法 279

8.5过程优化实例 285

8.5.1常压蒸馏过程优化 285

8.5.2发酵过程补料优化 285

本章小结 288

思考题与习题 289

第9章 过程控制系统实例 290

9.1发酵过程的自动控制 290

9.1.1发酵过程及其数学模型 290

9.1.2发酵过程的控制 294

9.2化学反应过程控制 300

9.2.1化学反应过程概述 300

9.2.2反应器的控制方案 301

9.3加热炉过程的控制 310

9.3.1概述 310

9.3.2控制系统分析 311

9.3.3基础控制回路原理 311

9.3.4过程优化控制 314

9.4锅炉过程的控制 321

9.4.1概述 321

9.4.2控制系统分析 323

9.4.3基础控制回路原理 324

9.4.4工业锅炉的优化控制分析与设计 327

参考文献 330